JP2015055313A - 直動案内装置 - Google Patents

Abstract

【課題】工作物の加工精度等に悪影響を与える直動案内装置に発生する異常な力を精度よく検出することができる直動案内装置を提供する。【解決手段】軸方向に延びる案内レール１０と、複数個の転動体３０を介して案内レール１０上に上記軸方向に移動可能に設けられたスライダ２０とを備え、該スライダ２０を構成するスライダ本体２０Ａの上記軸方向の両端部に設けられたエンドキャップ４０の方向転換路４１の変曲点４１ａ近傍にひずみゲージ６０が設けられた直動案内装置である。【選択図】図１

Description

本発明は、直動案内装置に関する。

従来より、工作機械等で使用されている直動案内装置としては、図１０に示すようなものがある。
図１０は、従来の直動案内装置の構成を示す斜視図である。図１０に示すように、直動案内装置１００は、案内レール１１０と、案内レール１１０を跨いで組み付けられたスライダ１２０とを備えている。案内レール１１０の両側面には、案内レール１１０の軸方向に延びる２条のレール側転動体転動溝１１１，１１１が形成されている。スライダ１２０は、案内レール１１０に相対移動可能に跨架されるスライダ本体１２０Ａと、スライダ本体１２０Ａの移動方向両端面にそれぞれ接合されているエンドキャップ１４０，１４０とを有する。

図１１は、図１０の１１−１１線に沿う断面図である。図１１に示すように、スライダ本体１２０Ａは、両袖部の内側面にレール側転動体転動溝１１１に対向するスライダ側転動体転動溝１２１，１２１を有しており、レール側転動体転動溝１１１及びスライダ側転動体転動溝１２１から、転動路１５０が形成されている。また、スライダ本体１２０Ａは、両袖部の肉厚部分を軸方向に貫通する転動体戻し路１２２を有している。なお、図中では、説明のために、左右２条の転動路１５０のうち右側２条の転動路１５０内にのみ、後述する転動体１３０が装填されている状態を示している。

図１２は、図１１の１２−１２線に沿う断面図である。図１２に示すように、エンドキャップ１４０には、転動路１５０と転動体戻し路１２２とを連通させる方向転換路１４１が形成されている。
そして、転動路１５０、転動体戻し路１２２及び方向転換路１４１によって、転動体転動路１５１が形成されている。転動体転動路１５１内には、例えば鋼球からなる複数の転動体１３０が装填されており、これら複数の転動体１３０は、スライダ１２０の相対移動に伴って転動体転動路１５１内を転動しながら無限循環する。

このような構成の直動案内装置１００では、剥離片や摩耗粉の異物等が転動体転動路１５１内に混入することにより、転動体１３０の循環が阻害されるだけでなく、負荷がかかったエンドキャップ１４０が破損に至ることがある。このような事故を未然に防ぐために、エンドキャップ１４０に発生した異常を検知する直動案内装置が提案されている（特許文献１，２参照）。

特許文献１に開示された技術は、エンドキャップ内に形成されている方向転換路に沿った位置には各方向転換路に対応してひずみゲージが破損検出手段として貼り付けられている。
また、特許文献２に開示された技術は、ボールの継続的な循環に伴って蓋体の変形が予想される位置に変形検出センサが取付けられている。具体的にその位置は、蓋体に具備された各方向転換路と重なる位置に設定されている。

特開２００５−４２７８５号公報 特開２０１２−１９３８０３号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたエンドキャップにおいては、ひずみゲージを方向転換路に貼る位置が具体的に記載されておらず、特許文献２に開示されたエンドキャップにおいては、変形検出センサが具体的なものとして記載されていない。すなわち、特許文献１，２に開示されたエンドキャップでは、その構成が転がり案内装置に発生する異常な力を精度よく検出することができるか否か不明な点がある。

そこで、本発明は上記の問題点に着目してなされたものであり、その目的は、工作物の加工精度等に悪影響を与える直動案内装置に発生する異常な力を精度よく検出することができる直動案内装置を提供することにある。

上記目的を達成するための直動案内装置のある態様は、軸方向に延びる案内レールと、該案内レール上を前記軸方向に移動可能に設けられたスライダと、複数個の転動体とを備え、
前記案内レールが、両側面の各々に軸方向に延びる上下２列の転動体転動溝を形成し、
前記スライダが、前記案内レール上に軸方向に移動可能に設けられるとともに、前記上下２列の転動体転動溝に対向する上下２列の転動体転動溝を両袖部の各々の内側面に有し、前記両袖部の各々の内部に上下２列の転動体戻し路を形成したスライダ本体と、該スライダ本体の軸方向両端部に取り付けられた一対のエンドキャップであって、各々が前記案内レールに形成された転動体転動溝と前記スライダ本体に形成された転動体転動溝とで構成される合計４列の転動路と前記転動体戻し路とを連通させる方向転換路を有する一対のエンドキャップとを備え、
上記エンドキャップには、上記方向転換路の変曲点近傍にひずみゲージが設けられる。

このような直動案内装置によれば、エンドキャップにひずみが生じた際、そのひずみが顕著である方向転換路の薄肉部（変曲点）近傍にひずみゲージを設けたので、エンドキャップに発生する異常な力を精度よく検出することができる直動案内装置を提供することができる。

ここで、上記直動案内装置においては、上記ひずみゲージは、上記エンドキャップの表面に形成された凹部に埋設されてもよい。

また、上記直動案内装置においては、上記ひずみゲージは、上記エンドキャップの上記軸方向の両端面において交差する２軸のひずみゲージでもよい。
また、上記直動案内装置においては、上記ひずみゲージは、上記エンドキャップの上記軸方向の両端面において交差する３軸のひずみゲージでもよい。

本発明によれば、工作物の加工精度等に悪影響を与える直動案内装置に発生する異常な力を精度よく検出することができる直動案内装置を提供することができる。

直動案内装置の第１実施形態における構成を示す斜視図である。 図１の２−２線に沿う断面図である。 直動案内装置の第１実施形態におけるエンドキャップの構成を示す背面図である。 図２の４−４線に沿う断面図である。 直動案内装置の第１実施形態におけるエンドキャップの構成を示す正面図である。 直動案内装置の第２実施形態におけるエンドキャップの構成を示す断面図である。 直動案内装置の第３実施形態における構成を示す正面図である。 直動案内装置の第４実施形態における構成を示す正面図である。 （ａ），（ｂ）は、直動案内装置のある実施形態におけるひずみゲージの回路構成を示す図である。 従来の直動案内装置の構成を示す斜視図である。 図１０の１１−１１線に沿う断面図である。 図１１の１２−１２線に沿う断面図である。

以下、本発明に係る直動案内装置の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態の直動案内装置における構成を示す斜視図である。また、図２は、図１の２−２線に沿う断面図である。また、図３は、本実施形態の直動案内装置のエンドキャップの構成を示す背面図である。また、図４は、図２の４−４線に沿う断面図である。また、図５は、本実施形態の直動案内装置のエンドキャップの構成を示す正面図である。なお、従来の直動案内装置と同様の構造については、必要に応じて図１０〜１２を参照して説明する。

（第１実施形態）
＜直動案内装置の構成＞
図１に示すように、本実施形態の直動案内装置１は、案内レール１０と、案内レール１０を跨いで組み付けられたスライダ２０とを備えている。案内レール１０の両側面には、案内レール１０の軸方向に延びる２条のレール側転動体転動溝１１，１１が形成されている。スライダ２０は、案内レール１０に相対移動可能に跨架されるスライダ本体２０Ａと、スライダ本体２０Ａの移動方向両端面にそれぞれ接合されているエンドキャップ４０，４０とを有する。

また、図２に示すように、スライダ本体２０Ａは、両袖部の内側面にレール側転動体転動溝１１に対向するスライダ側転動体転動溝２１，２１を有しており、レール側転動体転動溝１１及びスライダ側転動体転動溝２１から、転動路５０が形成されている。また、スライダ本体２０Ａは、両袖部の肉厚部分を軸方向に貫通する転動体戻し路２２を有している。なお、図中では、説明のために、左右２条の転動路５０のうち右側２条の転動路５０内にのみ、後述する転動体３０が装填されている状態を示している。

ここで、エンドキャップ４０（特に背面）について図３を参照して説明する。図３に示すように、スライダ本体２０Ａに当接するエンドキャップ４０の背面には、斜めに傾斜した半円状の方向転換路（上側）４１Ａと方向転換路（下側）４１Ｂとが、スライダ２０の左右袖部に設けられた転動路５０，５０に対応して形成される。そして、エンドキャップ４０の背面には、半円状の両方向転換路４１Ａ，４１Ｂの中心部を横断して半円柱状の凹溝４２が設けられている。
そして、その半円柱状の凹溝４２には、例えば樹脂材料を射出成形して得た半円筒状のリターンガイド（図示せず）が嵌合される。この樹脂材料としては、ポリカーボネートや、ポリアセタールが挙げられる。これは、転動路５０から転換路４１へ移るとき、転動体３０が慣性によって、エンドキャップ４０に衝突するため、耐衝撃性を有する樹脂材料が求められるからである。なお、後述するひずみゲージ６０をエンドキャップ４０に貼る場合には、ヘキサン、メチルアルコール等の有機溶剤を使用し、エンドキャップ４０の表面を洗浄する。そのため、このようにひずみゲージ６０をエンドキャップ４０に設置する場合には、耐溶剤性に優れているポリアセタールが好ましい。また、リターンガイドは、ひずみゲージ６０から発生する電圧に対して耐えうることも求められる。そのため、耐電圧性に優れたポリカーボネートも好ましい。

そして、リターンガイドを半円柱状の凹溝４２に組み込むことにより、エンドキャップ４０の背面の左右両側に、断面形状円形で半円状の方向転換路４１が上下二段に形成される（図４を参照）。このエンドキャップ４０をスライダ本体２０Ａに取り付けると、方向転換路４１，４１によって、転動体戻し路２２，２２と転動路５０，５０とが連通されることとなる。

また、図４に示すように、エンドキャップ４０には、転動路５０と転動体戻し路２２とを連通させる方向転換路４１が形成されている。
そして、転動路５０、転動体戻し路２２及び方向転換路４１によって、転動体転動路５１が形成されている。転動体転動路５１内には、例えば鋼球からなる複数の転動体３０が装填されており、これら複数の転動体３０は、スライダ２０の相対移動に伴って転動体転動路５１内を転動しながら無限循環する。

［ひずみゲージ］
ここで、図３〜５に示すように、本実施形態の直動案内装置１は、エンドキャップ４０の上記軸方向の端面（スライダ本体２０Ａに対向する面と反対側の面）にひずみゲージ６０が取りつけられている。
ひずみゲージ６０は、エンドキャップ４０における方向転換路の変曲点の軸方向直下に取り付けられている。この取り付け場所は、転動体の転走方向に沿って方向転換路の薄肉部である。ひずみゲージ６０は、接着剤などでエンドキャップ４０に取り付けられる（接着される）。また、ひずみゲージ６０のリード線６１は細く断線しやすいため、ひずみゲージ６０だけではなく、リード線６１及び被覆部６２もエンドキャップ４０に接着することが好ましい。

本実施形態の直動案内装置（リニアガイド）は、例えば、工作機械等にて積載重量の工作物を載置する加工テーブルに設けられるものである。そして、このような用途の直動案内装置においては、転動路５０、転動体戻し路２２及び方向転換路４１に圧痕、フレッチングが発生するおそれがある。具体的には、直動案内装置が駆動（案内レール１０に対してスライダ２０が走行）時に、圧痕から発生した剥離片、フレッチングが転動体に付着して転動体戻し路２２に到達して、エンドキャップ４０にひずみを与える力（異常な力）が加わる。本実施形態では、そのひずみをひずみゲージ６０が検知するため、転動路５０、転動体戻し路２２及び方向転換路４１に剥離、フレッチングが発生しても最小限にとどめることができる。したがって、工作物の加工精度に悪影響を与えない。特に、方向転換路４１の薄肉部では、その変形（変位）が顕著である。なお、剥離片や摩耗粉だけではなく、その他の異物（クーラントや切削粉等）により、転がり抵抗が上昇した場合でも同様である。

このように、ひずみゲージ６０を方向転換路の薄肉部に貼り付けることにより、エンドキャップ４０に発生する異常な力を高精度で検出することができ、エンドキャップ４０が破損する前に異常を検知することができる。また、ひずみゲージ６０はコンパクトな形状であることから、設置スペースがほとんど必要ない。

（第２実施形態）
次に、図６を参照して直動案内装置の第２実施形態について説明する。本実施形態の説明では、ひずみゲージの設置態様が第１実施形態と異なるだけであるので、第１実施形態と重複する構成については、説明を省略する。図６に示すように、本実施形態では、ひずみゲージ６０を、エンドキャップ４０における方向転換路４１の変曲点近傍に埋設する。具体的には、エンドキャップ４０における方向転換路４１の変曲点近傍に凹部（切り欠き部）４５を形成し、この凹部４５に対し、ひずみゲージ６０が埋設される。
また、エンドキャップ４０が樹脂製である場合、エンドキャップ４０とひずみゲージ６０とを一体成形してもよい。一体成形することで、ひずみゲージ６０を接合するための加工やそれに要する時間を低減することができる。このような構成を採用することにより、感度よくひずみを検出することができる。

（第３実施形態）
次に、図７を参照して直動案内装置の第３実施形態について説明する。本実施形態の説明でも、ひずみゲージの設置態様が第１実施形態と異なるだけであるので、第１実施形態と重複する構成については、説明を省略する。図７に示すように、本実施形態では、ひずみゲージ６０を、エンドキャップ４０の軸方向の端面４０ａにおいて交差する２軸のひずみゲージ６０Ａ，６０Ｂとして設置する。ひずみゲージ６０Ａ，６０Ｂの設置態様は、互いに直交するように設置することが好ましいが、互いに交差し、方向転換路４１の薄肉部４１ａの近傍に設置されれば、設置態様、貼り方は特に制限はない。このような構成を採用することにより、ひずみゲージ６０Ａ，６０Ｂのそれぞれのひずみを測定することができ、エンドキャップ４０のねじれが検出しやすくなる。その結果、異物等を介して転動体３０が方向転換路４１に与える力が第２実施形態よりも正確に把握できる。よって、エンドキャップ４０のより正確な異常検出が可能となる。

（第４実施形態）
次に、図８を参照して直動案内装置の第４実施形態について説明する。本実施形態の説明でも、ひずみゲージの設置態様が第１実施形態と異なるだけであるので、第１実施形態と重複する構成については、説明を省略する。図８に示すように、本実施形態では、ひずみゲージ６０を、エンドキャップ４０の軸方向の端面４０ａにおいて交差する３軸のひずみゲージ６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃとして設置する、いわゆるロゼットゲージとしてもよい。このような構成とすることで、モールの応力円により、第２，３実施形態より主応力とその角度が把握できるため、エンドキャップ４０のより正確な異常検出ができる。

＜ひずみゲージの回路構成＞
ここで、上記第１〜第４実施形態においては、ひずみゲージ６０の結線は、図９（ａ）に示すように、ブリッジ回路の一辺にゲージを有し、他の三辺に固定抵抗を接続する１ゲージ法でよい。ただし、測定箇所近傍の温度変化が大きいことが予想されるため、図９（ｂ）に示すように、１ゲージ２線式ではなく温度補償を備えた１ゲージ３線式が好ましい。なお、図９（ａ），（ｂ）では、Ｒ：固定抵抗、Ｒｇ：ゲージ抵抗、Ｅ：ブリッジ電圧、Ｅ_０：出力電圧を示している。また、ひずみゲージ６０としては、最大伸び５％程度までの測定（検出）ができる一般応力測定用のひずみゲージが挙げられ、例えば、共和電業社製のＫＦＧ型ひずみゲージが挙げられる。

以上、本発明に係る直動案内装置について説明したが、本発明に係る直動案内装置は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。

１０ 案内レール
１１ （レール側）転動体転動溝
２０ スライダ
２０Ａ スライダ本体
２１ （スライダ側）転動体転動溝
２２ 転動体戻し路
３０ ボール（転動体）
４０ エンドキャップ
５０ 転動路
６０ ひずみゲージ

Claims (4)

1. 軸方向に延びる案内レールと、該案内レール上を前記軸方向に移動可能に設けられたスライダと、複数個の転動体とを備え、
   前記案内レールが、両側面の各々に軸方向に延びる上下２列の転動体転動溝を形成し、
   前記スライダが、前記案内レール上に軸方向に移動可能に設けられるとともに、前記上下２列の転動体転動溝に対向する上下２列の転動体転動溝を両袖部の各々の内側面に有し、前記両袖部の各々の内部に上下２列の転動体戻し路を形成したスライダ本体と、該スライダ本体の軸方向両端部に取り付けられた一対のエンドキャップであって、各々が前記案内レールに形成された転動体転動溝と前記スライダ本体に形成された転動体転動溝とで構成される合計４列の転動路と前記転動体戻し路とを連通させる方向転換路を有する一対のエンドキャップとを備え、
   前記エンドキャップには、前記方向転換路の変曲点近傍にひずみゲージが設けられたことを特徴とする直動案内装置。
2. 前記ひずみゲージは、前記エンドキャップの表面に形成された凹部に埋設されたことを特徴とする請求項１に記載の直動案内装置。
3. 前記ひずみゲージは、前記エンドキャップの前記軸方向の端面において交差する２軸のひずみゲージであることを特徴とする請求項１又は２に記載の直動案内装置。
4. 前記ひずみゲージは、前記エンドキャップの前記軸方向の端面において交差する３軸のひずみゲージであることを特徴とする請求項１又は２に記載の直動案内装置。

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